【摘 要】
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CoFeB磁性材料由于自旋轨道耦合作用,表现出了明显的反常霍尔效应,在磁场传感领域具有广阔的应用前景。同时,CoFeB薄膜材料和氧化物如MgO会形成很强的界面各向异性,而界面各向异性对沿薄膜垂直方向上的电压比较敏感。因此,基于电压调控各向异性的原理,可以用来研究基于反常霍尔效应的灵敏度可调的磁场传感器件。本论文从薄膜的性能测试、器件加工工艺、器件性能测试和灵敏度调节四部分展开分析,主要研究的内容如
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CoFeB磁性材料由于自旋轨道耦合作用,表现出了明显的反常霍尔效应,在磁场传感领域具有广阔的应用前景。同时,CoFeB薄膜材料和氧化物如MgO会形成很强的界面各向异性,而界面各向异性对沿薄膜垂直方向上的电压比较敏感。因此,基于电压调控各向异性的原理,可以用来研究基于反常霍尔效应的灵敏度可调的磁场传感器件。本论文从薄膜的性能测试、器件加工工艺、器件性能测试和灵敏度调节四部分展开分析,主要研究的内容如下:首先,设计了CoFeB多层膜的结构,利用磁控溅射制备了Ta/CoFeB/MgO/Ta结构的薄膜,探究了不同CoFeB层厚度与薄膜磁各向异性的关系。测试后发现,当CoFeB层厚度为0.85至1.1nm时,薄膜表现出垂直各向异性;其厚度为1.15至1.25nm时,表现出面内各向异性。此外,结合光刻工艺和磁控溅射制备Ta/CoFeB/MgO/Ta/Si3N4/Pt结构的磁场传感器件,针对具有垂直各向异性的磁场传感器件,研究了其外部电压和垂直各向异性的关系,得出了外部电压可以通过调控器件的垂直各向异性从而达到调节灵敏度的目的。经测试发现,具有垂直各向异性的磁场传感器件的灵敏度随着外部电压的增大而减小;其中当CoFeB层厚度为1.05nm时,外部电压从-8V增加到6V,其灵敏度的改变量ΔS为0.013m V/k Oe。对于具有面内各向异性的磁场传感器件而言,发现其灵敏度随着外部电压的增大而减小。其中CoFeB层厚度为1.15nm时,该器件的灵敏度调节范围较大,当外部电压从-8V增加到8V,其灵敏度变化量ΔS为0.203m V/k Oe。从实验结果可以得出结论,通过施加不同的外部电压,可以实现传感器件灵敏度的调节,且其灵敏度的改变还和外部电压的极性和大小有关。
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